Водородная ячейка – Водяная топливная ячейка Мейера

Содержание

Водяная топливная ячейка Мейера

Экология познания. Наука и техника: Ячейка Мейера – устройство, расходующее малое количество электрической энергии, и производящее из обыкновенной воды большое количество водородно-кислородной смеси (газ Брауна).

Очевидно, что изобретатель из США Стэнли Мэйер разработал электрическую ячейку, которая позволяет разделять обыкновенную водопроводную воду на водород и кислород с гораздо меньшей затратой энергии, чем требуется при обычном электролизе. 


Демонстрации проводились и прежде профессором Michael Laughton, Dean из Engineering при Колледже Королевы Mary, Лондон, Адмирал Сэр Anthony Griffin, бывший командующий британским Флотом, и Д-ром Keith Hindley, английским химиком-исследователем. Ячейка Мэйер, сделанная дома изобретателем в Grove City, Огайо, производила гораздо больше водородо-кислородной смеси, чем могло ожидаться при простом электролизе. 

В то время как обычный элекролиз воды требует тока, измеряемого в амперах, ячейка Мэйер производит тот же эффект при милиамперах. Более того, обыкновенная водопроводная вода требует добавления электролита, например, серной кислоты, для увеличения проводимости; ячейка Мэйер действует при огромной производительности с чистой водой.

Согласно очевидцам, самым поразительным аспектом клетки Мэйер было то, что она оставалась холодной даже после часов производства газа.

Эксперименты Мэйера, которые он счел возможными представить к патентованию, заслужили серию патентов США, представленные под Секцией 101. Представление патента под этой секцией зависит от успешной демонстрации изобретения Патентному Рецензионному Комитету.

Клетка Мэйера имеет много общего с электролитической ячейкой, за исключением того, что она работает при высоком потенциале и низком токе лучше, чем другие методы. Конструкция проста. Электроды — отсылаем заинтересовавшихся к Мэйеру — сделаны из параллельных пластин нержавеющей стали, образующие либо плоскую, либо концентрическую конструкцию. Выход газа зависит обратно пропорционально расстоянию между ними; предлагаемое патентом расстояние 1.5 мм дает хороший результат.

Значительные отличия заключаются в питании ячейки. Мэйер использует внешнюю индуктивность, которая образует колебательный контур с емкостью ячейки, — чистая вода, по-видимому, обладает диэлектрической проницаемостью около 81, — чтобы создать параллельную резонансную схему. Она возбуждается мощным импульсным генератором, который вместе с емкостью ячейки и выпрямительным диодом составляет схему накачки. Высокая частота импульсов производит ступенчато поднимающийся потенциал на электродах ячейки до тех пор, пока не достигаеся точка, где молекула воды распадается и возникает кратковременный импульс тока. Схема измерения тока питания выявляет этот скачок и запирает источник импульсов на несколько циклов, позволяя воде восстановиться.

Химик-исследователь Keith Hindley предлагает следующее описание демонстрации ячейки Мэйера: «После дня презентаций, Griffin комитет засвидетельствовал ряд важных свойств WFC (водяная топливная ячейка, как назвал ее изобретатель).

 

Группа очевидцев независимых научных наблюдателей Великобритании свидетельствовала что американский изобретатель, Стэнли Мэйер, успешно разлагает обыкновенную водопроводную воду на составляющие элементы посредством комбинации высоковольтных импульсов, при среднем потреблении тока, измеряемого всего лишь милиамперами. Зафиксированный выход газа был достаточным, чтобы показать водородно-кислородное пламя, которое мгновенно плавило сталь.

По сравнению с обычным сильноточным электролизом, очевидцы констатировали отсутствие какого-либо нагревания ячейки. Мэйер отказался прокомменировать подробности, которые бы позволили ученым воспроизвести и оценить его «водяную ячейку». Однако, он представил достаточно детальное описание американскому Патентному Бюро, чтобы убедить их, что он может обосновать его заявку на изобретение.

Одна демонстрационная ячейка была снабжена двумя параллельными электродами возбуждения. После наполнения водопроводной водой, электроды генерировали газ при очень низких уровнях тока — не больше, чем десятые доли ампера, и даже милиамперы, как заявляет Мэйер, — выход газа увеличивался, когда элекроды сдвигались более близко, и уменьшался, когда они отодвигались. Потенциал в импульсе достигал десятков тысяч вольт.

Вторая ячейка содержала 9 ячеек с двойными трубками из нержавеющей стали и производила намного больше газа. Была сделана серия фотографий, показывающая производство газа при милиамперном уровне. Когда напряжение было доведено до предельного, газ выходил в очень впечатляющем количестве.

«Мы обратили внимание, что вода вверху ячейки медленно стала окрашиваться от бледно-кремового до темно-коричневого цвета, мы почти уверены в влиянии хлора в сильно хлорированной водопроводной воде на трубки из нержавеющей стали, использованные для возбуждения».

Он продемонстрировал производство газа при уровнях милиампер и киловольт.

«Самое замечательное наблюдение — это то, что WFC и все его металлические трубки остались совершенно холодные на ощупь, даже после более чем 20 минут работы. «Раскалывающий молекулы» механизм развивает исключительно мало тепла по сравнению с элекролизом, где элекролит нагревается быстро.»

 

 

Результат позволяет рассмотреть эффективное и управляемое производство газа, которое быстро возникает, и безопасно в функционировании. Мы ясно увидели, как увеличение и уменьшение потенциала используется, чтобы управлять производством газа. Мы увидели, как поток газа прекращался и начинался вновь, соответственно когда напряжение на входе было выключено и вновь включено.»

«После часов обсуждения между собой, мы заключили, что Steve Мэйер явился, чтобы изобрести совершенно новый метод для разложения воды, которая обнаруживала некоторые черты классического элекролиза. Это подтверждается тем, что его устройства, реально работающие, взятые из его коллекции, удостоверены американскими патентами на разные части WFC системы. Так как они были представлены под Секцией 101 Патентным Бюро США, аппаратура, включенная в патентах, проверена экспериментально экспертами американского Патентного Бюро, их вторыми экспертами и все заявления были установлены.

» Основной WFC подвергался трехлетнему испытанию. Это подняло предоставленные патенты до уровня независимого, критического, научного и инженерного подтверждения того, что устройства фактически работают, как описано.»

Практическая демонстрация ячейки Мэйер’а является существенно более убедительной, чем псевдо-научный жаргон, который использован для объяснения. Изобретатель лично говорил об искажении и поляризации молекулы воды, приводящему к самостоятельному разрыву связи под действием градиента электрического поля, резонанса в пределах молекулы, который усиливает эффект.

Не считая обильного выделения кислорода и водорода и минимального нагревания ячейки, очевидцы также сообщают, что вода в внутри ячейки исчезает быстро, переходя в ее составные части в виде аэрозоли из огромного количества крошечных пузырей, покрывающих поверхность ячейки.

Мэйер заявил, что у него работает конвертер водородно-кислородной смеси в течение последних 4 лет, использующий цепочку из 6 цилиндрических ячеек. Он также заявил, что фотонное стимулирование пространства реактора светом лазера посредством оптоволокна увеличивает производство газа.

Дополнительные данные по водородной ячейке Мейера. Подключение.

Как упоминалось ранее, абсолютно очевидно принять все возможные меры предосторожности. «Гидрокси» газ производимый ячейкой – это смесь водорода и кислорода, смешанных в идеальной пропорции для рекомбинации в воду. Скорость фронта горения смеси в 1000 раз выше, чем скорость фронта горения паров бензина. Стандартные устройства часто просто не работают. Самое лучшее устройство защиты – бабблер (водный затвор). Он прост, легок в изготовлении и обслуживании.  Высота водного столба е менее 150мм.

 

alt

 

 

alt

 

В идеале бабблер должен иметь плотно закрывающуюся крышку, если газ внутри загорится ее должно мгновенно сорвать. Некоторые люди между бабблером и кейсом ставят специальный вентиль  – отсекатель, предотвращающий попадание большого давления обратно в ячейку.

 

alt

 

Если вы намереваетесь использовать с двигателем внутреннего сгорания, тщательно отрегулируйте зажигание (Смотрите  дополнительный материал).

Электронная схема для насоса не критична. Подойдет любая, которая включает насос , когда вода не достигает датчика и выключает когда достигает .

Вполне подойдет данная схема:

 

alt

 

Если вы хотите использовать установку для отопления или приготовления пищи, имеется проблема. Водород горит с температурой, которую не выдерживает ни один металл. Стэн Мэйер решил эту проблему и запатентовал решение. Данное описание поможет вам преодолеть эти трудности:

 

alt

 

Газ 72 попадает в горелку через вентиль 35. Горящий газ поднимается по вертикальной трубе 63 и затягивает за собой наружный воздух через отверстия 70 и 13, которые имеют скользящую крышку для контроля подачи. В чашке 40 собирается некоторое количество сгоревшего газа и возвращается назад через трубу 45 и смешивается с горящими газами в колонке горения. Регулировка подачи сгоревшего газа – вентиль 42. Большое количество сгоревшего газа (водяного пара) подается назад, что понижает температуру горения. Электрическое зажигание 20 упрощает розжиг.

 

alt

 

Настройка ячейки.

 

Выключите первый генератор 555. Отрегулируйте частоту второго генератора по максимальному выходу газа. Дэйв Лоутон нашел, что на его ячейке Мэйера резонансные точки были около 3кГц и 6кГц.

Включите первый генератор 555. Отрегулируйте по максимальному выходу газа. Регулировку производимого объема газа можно регулировать широтой импульса.

 

Схема превышает максимум эффективности по Фарадею на 300%. Дальнейшие эксперименты показали, что индукторы, используемые Стэнли Мэйером играют важную роль в дальнейшем повышении эффективности. Дэйв Лоутон предложил добавить два индуктора по 100 витков эмалированного медного провода 22 SWG (21 AWG) (это диаметр примерно 0.6- 0.7мм) на ферритовом стержне диаметром 9 мм  и длиной 25мм. Улучшенная схема:

alt

 

Ферритовый стержень тот же (диаметр 9мм, длина 25мм.), провод тоже. Намотка бифилярная.  Использовать ферритовое кольцо – наилучшее возможное решение.  Трансформатор с бифилярной намоткой также  может быть намотан на любой ферритовый стержень любого диаметра и длины (по обновленным данным).

 

alt

 

 

alt

 

alt

 

Дальнейшее развитие системы:

Когда мы производим гидрокси газ из воды, невозможно превысить Фарадеевский максимум без притока дополнительной энергии извне. Поскольку ячейка остается холодной, имеется большой объем производимого газа, что указывает на наличие этого эффекта. Сама идея захвата энергии из окружающего пространства базируется на очень коротком импульсе с идеальной, очень крутой характеристикой подъема и спада формы импульса. Эта дополнительная энергия называется «холодным электричеством», поскольку имеет характеристики отличные от обычного электричества. При прохождении через проводник последний нагревается и на нем «теряется» часть энергии в виде тепла. У холодного электричества противоположный эффект: проводник охлаждается в результате притока энергии извне. Ниже дано дальнейшее улучшение схемы. Заметьте, лампочка 12 вольт  10 Ватт ярко светится, ток потребления остался прежним, выход гидрокси не уменьшился!

 

alt

 

alt

 

Диоды Зенера  150 Вольт 10 Ватт- защита транзистора от пробоя на случай короткого замыкания.

econet.ru

Как работает ячейка Мэйера? Двигатель на воде.Где вымысел, а где правда?

В данной статье поговорим про историю появления ячейки Мэйера и подробно расскажем как работает ячейка Мэйера.

Прошло уже достаточно много времени, после изобретения двигателя на воде, или так называемой, «топливной ячейки» американца Стэнли (Стива) Мэйера (Мейера, или Майера) — как изобретателя только не называют. Кто случайно не знает, поясню: Ячейка Мейера – устройство, расходующее малое количество электрической энергии (фактически «на халяву»), и производящее из обыкновенной воды большое количество водородно-кислородной смеси. В попытках разобраться, как работает ячейка Мэйера, в настоящее время, «бьется» большое количество умов. Кто то, даже заявляет, что ему удалось реализовать этот «генератор водорода», но как то это делается украдкой, да и потом ничего не происходит: Мы, почему то не пересаживаемся на автомобили, работающие на воде, потому что их попросту нет. Я так же интересуюсь этой проблемой, проводил эксперименты с ячейкой Мэйера, поэтому предлагаю разобраться в этом вместе.

Как знать, может быть, мои советы Вам помогут, и вскоре Вы заявите, что Ваш автомобиль на воде поехал. Почему не я? В анналы истории я не рвусь, на ближайшие половину года — год основная моя работа занимает много времени и кроме того, у меня нет условий позволяющих воссоздать ячейку Мэйера в «ближайшее время». Что, по моему мнению, необходимо и как вообще работает ячейка Мэйера Мы с Вами будем разбираться вместе. Об этом, Вы прочтёте в последующих статьях.


Для того, кто желает увидеть видеоматериал сделанный самим Мэйером и его друзьями, тот может перейти на страничку Книги, программы и видеоматериал для бесплатного скачивания, на которой имеются ссылки на большое количество видеофильмов от демонстраций, до конференций, а также другой материал от автора Ячейки — Стенли Мэйера.

 

Перед изложением материала, хочу акцентировать внимание на следующем: Эксперименты с водородом чрезвычайно опасны, Вы осуществляете их на свой страх и риск! Скорость сгорания водорода на несколько порядков выше скорости сгорания любых других видов углеводородного топлива и их паров. А смесь водорода с кислородом — так называемая «Гремучая смесь» не просто горит, а взрывается с огромной силой. Учитывая определённые сложности в изготовлении установки по разложению воды на составляющие, я осознаю, что простой школяр установку сам не сделает. Поскольку Вы взрослые люди, за Ваши действия, я ответственности не несу, и кроме того, заявляю, что если Вы не имеете достаточных знаний, навыков и умений обеспечивающих Вашу безопасность, то категорически не рекомендую Вам заниматься практическим изготовлением установок по выделению водорода.

Настоящая статья предназначена для того, чтобы развеять Ваши фантазии и невежество, которые в бесчисленном количестве появляются на различных форумах. Смешно выглядят публикуемые на различных сайтах радиосхемы Ячеек Мэйера, которые должны расходовать минимум энергии для получения резонанса воды. Это грамотно исполненные схемы, на самом деле «работающие», но абсолютно все они работают по принципу обыкновенного Электролизёра! Какой резонанс, какое накопление? Полный бред !!!

 

Почему ячейку Мэйера сделал только он сам, а другие не смогли?

 

картинка-схема работы ячейки МэйераНачнём с того, что существует версия, которая не вызовет ни у кого её отрицания. В мире есть «очень маленькая» кучка людей с «очень огромными» возможностями, это – нефтяные магнаты – владельцы мировых запасов топлива. Им бы очень не хотелось терять свои миллиарды миллиардов, которые они практически «на халяву» кладут к себе в карман выкачивая «кровь Земли». Фактически они живут за счёт всего человечества. Это Вы и я исправно платим им большие деньги, заправляя свой автомобиль, за то, что по сути им не должно принадлежать. И для того, чтобы этот процесс наполнения карманов не останавливался, они предпринимают всё, чтобы никто не придумал альтернативный источник энергии, превосходящий нефтепродукты. Есть, конечно, Атом, но от него быстро «откидывают лапти», поэтому Атом для нефти не конкурент. У нефтяных баронов трудится не одна сотня смышленых мальчиков, в том числе и хакеров, которые «продвинутую» информацию из средств массовой информации, в том числе интернета удаляют. Эти мальчики о совести и о том, что из-за плохой экологии «человечество на грани вымирания» не задумываются, бароны им исправно платят за работу. Поэтому до нас доходят только вершки знаний, а истина находится в корешках. Мало того, необходимая информация подменяется ложной, используя которую, мы никогда ничего не создадим во благо человечества, если «хозяева мира» этого не захотят.

Да и вообще, надо соображать, двигатель на воде это — крах мировой экономической системы. Если цены на нефть резко упадут, произойдёт революция 1917-го года, только в мировом масштабе. Потому, что нефтедоллар определяет цены на другие товары. По началу, год — два будет переоценка всего, в магазинах ничего не будет, а на свалках «завал». Кто то может сказать, что это лирика в защиту «буржуев».


А теперь приступим к существу вопроса ! Как работает ячейка Мэйера ? Я проведу анализ того, что написано в статье «Вода вместо бензина», которая имеется в большом количестве экземпляров на разных сайтах. Отдельные моменты я буду опровергать, а интересные моменты статьи — выделять. Позже, я проанализирую на мой взгляд, действительно важные моменты статьи, которые указывают на то, что существует большая вероятность изготовления ячейки Мэйера своими руками. Стоит отметить, что патенты Мэйера написаны на «техническом» английском языке. Любой знаток «обыкновенного» английского языка не сможет правильно перевести его патенты на русский язык. Посетители сайта могут бесплатно скачать патенты Стэнли Мэйера с Депозита по ссылке. А мы, тем временем, приступаем к анализу «русскоязычного перевода»!

1. Обычный электролиз воды требует тока, измеряемого в амперах, ячейка Мэйер производит тот же эффект при миллиамперах.

Оценим эту фразу с учётом большинства тех схем, которые появлялись в интернете. Прибор, который измеряет ток, потребляемый от источника тока – обыкновенный амперметр постоянного тока, а после амперметра никаких сглаживающих конденсаторов нет. Учитывая, что импульсы, поступающие на электроды ячейки, кратковременны и имеют большую скважность, то амперметр, в силу инерционности рамки должен показывать ток не больше одной десятой от реально потребляемого тока, а то и меньше.

2. Обыкновенная водопроводная вода требует добавления электролита, например, серной кислоты, для увеличения проводимости, а ячейка Мэйера действует при огромной производительности с чистой водой.

Любой электролизёр с недистиллированной водой, при расстоянии между электродами 1-2 мм будет работать с огромной производительностью. Кроме того, в статье сначала пишется, что Мэйер использует водопроводную воду, а теперь пишут про чистую воду. Не соответствие. Вообще, у меня появилась мысль, что в статье много «полезного» вырезано, и много «запутывающего нам мозги» добавлено — это к слову о нефтяных баронах, и людях зарабатывающих на сенсациях.

3. Согласно очевидцам, самым поразительным аспектом клетки Мэйера было то, что она оставалась холодной, даже после часов производства газа.

При кратковременных импульсах – ничего поразительного.

4. Эксперименты Мэйера, которые он счел возможными представить к патентованию, заслужили серию патентов США, представленные под Секцией 101. Представление патента под этой секцией зависит от успешной демонстрации изобретения Патентному Рецензионному Комитету.

Мне приходилось представлять научную работу в известный Научно-исследовательский институт России (не буду его называть, чтобы, не принижать его авторитет, а он действительно авторитетный). В этой работе была куча недоработок, но она была высоко оценена. Её ещё потом отправляли на Всероссийский конкурс и за неё у меня даже медаль от министра образования есть. Работа была перспективной, но требовала времени, которого у меня не было, а сейчас она стала не актуальной. Кроме того, запатентовать можно что угодно. Мэйер, например, отдельно запатентовал свою ячейку и отдельно способ генерации водорода, отдельно патентовал и автомобильный двигатель на воде. Странный факт. Но может я не прав, и в Комитете сидели умные и внимательные мужи науки.

5. Мэйер использует внешнюю индуктивность, которая образует колебательный контур с емкостью ячейки, — чистая вода, по-видимому, обладает диэлектрической проницаемостью около 81 (в других статьях — «около 5»), — чтобы создать параллельную резонансную схему. Она возбуждается мощным импульсным генератором, который вместе с емкостью ячейки и выпрямительным диодом составляет схему накачки. Высокая частота импульсов производит ступенчато поднимающийся потенциал на электродах ячейки до тех пор, пока не достигается точка, где молекула воды распадается и возникает кратковременный импульс тока.

неправильная схема колебательного контуранеправильная схема накачкиЗдесь, говорится о каком то, колебательном контуре. Догадайтесь, на какой из приведённых схем изображён колебательный контур, левой или правой, а может найдёте схему накачки? Судя по приведённым схемам, контуром тут не пахнет, да и схемой накачки тоже.

Поясню: Принцип работы колебательного контура предполагает разнополярный перезаряд ёмкости и индуктивности одна от другой, входящих в сам контур, а здесь, во первых мешает диод, во вторых вода ячейки-конденсатора должна быть как минимум дистиллированная, потому, что будет разряд через активное сопротивление воды. Подробно в статье «Колебательный контур. Резонанс«.

Схемы накачки энергии известных в радиоэлектронике устройств как минимум имеют накопительную линию, состоящую из нескольких конденсаторов и дросселей. Есть и более простой способ «накачки», но об этом позже мы обязательно поговорим. А здесь, вообще ничего нет, кроме устройства разряда – пластин ячейки, которые, препятствуют вообще какому либо накоплению. Мало того, накопление в известных системах происходит постепенно, а потом происходит кратковременный разряд. А здесь, описывается, что-то другое, совершенно не понятное классической науке.

 

6. Стэнли Мэйер, успешно разлагает обыкновенную водопроводную воду на составляющие элементы посредством комбинации высоковольтных импульсов, при среднем потреблении тока, измеряемого всего лишь миллиамперами.

Смотри пункт 1.

7. Мэйер отказался прокомментировать подробности, которые бы позволили ученым воспроизвести и оценить его «водяную ячейку». Однако, он представил достаточно детальное описание американскому Патентному Бюро, чтобы убедить их, что он может обосновать его заявку на изобретение.

Совсем странный факт. Мэйер что, решил стать «водяным магнатом»? Почему отказался? Любитель носить патент, хвалиться его обложкой, но никому не показывать? Патент тогда ценен, когда его владелец получает от его реализации дивиденды!

8. Как заявляет Мэйер, — выход газа увеличивался, когда электроды сдвигались более близко, и уменьшался, когда они отодвигались.

В любом электролизёре при уменьшении расстояния между пластинами, производительность газа увеличивается.

9. Вторая ячейка содержала 9 ячеек с двойными трубками из нержавеющей стали и производила намного больше газа.

А вот на этот факт я прошу обратить внимание. Предполагаю, именно здесь кроется вся загадка ячейки.

10. Практическая демонстрация ячейки Мэйера является существенно более убедительной, чем псевдо-научный жаргон, который использован для объяснения.

Коперфильд тоже убедительно демонстрировал свои фокусы, а в качестве объяснений, так же как и Мэйер, использовал псевдо-научный жаргон (объяснял всё «магией»).

11. Изобретатель лично говорил об искажении и поляризации молекулы воды, приводящему к самостоятельному разрыву связи, под действием градиента электрического поля, резонанса в пределах молекулы, который усиливает эффект.

На это так же, как и в пункте 9, прошу обратить внимание, об этом поговорим позже.

12. Он также заявил, что фотонное стимулирование пространства реактора светом лазера посредством оптоволокна увеличивает производство газа.

При определённой частоте лазерного генератора, он действительно может усиливать резонанс молекул используя гармоники частот (деление и умножение).

13. Подбирают частоту импульсов, поступающих на конденсатор, соответствующую собственной частоте резонанса молекулы.

Написано одно, а представленные схемы и чертежи не способны работать на частоте резонанса молекул воды, но о возможности такой реализации тоже напишем позже (как по пунктам 9 и 11).

14. Повышающая катушка намотана на обычном тороидальном ферритовом сердечнике 1.50 дюйма в диаметре и 0.25 дюйма толщиной. Первичная катушка содержит 200 витков 24 калибра, вторичная 600 витков 36 калибра. Трансформатор обеспечивает повышение напряжения в 5 раз, хотя оптимальный коэффициент подбирается практическим путем.

При указанном количестве витков первичной и вторичной обмоток, напряжение повысится ровно в 3 (три) раза, а не 5 (пять), это скажет любой радиомастер. С таким описанием, Вы долго будете разбираться, как же работает ячейка Мэйера. О том, как рассчитывается коэффициент трансформации, можете прочитать в статье «Силовой трансформатор. Расчёт трансформатора«. А кто-то не знает, как работает трансформатор? Отвечу, это знает любой мастер: «Ууууууууууу…..».

15. Реальная вода обладает некоторой остаточной проводимостью, обусловленной наличием примесей. Идеально, если вода в ячейке будет химически чистой. Электролит к воде не добавляется.

Химически чистая вода это – дистиллированная вода! А сначала говорили о водопроводной!

16. Два концентрических цилиндра 4 дюймов длиной составляют конденсатор. Расстояние между поверхностями цилиндров 0.0625 дюйма.

Запоминайте размеры, мы к ним ещё вернёмся вместе с пунктами 9, 11 и 13.

17. Расчет резонансной частоты традиционный. Вторую индуктивность подстраивают в зависимости от чистоты воды так, чтобы потенциал, приложенный к воде, был постоянен.

Какой «традиционный» расчёт? Авторов статьи учили рассчитывать резонанс колебательного контура состоящего из конденсатора, катушки и полупроводникового диода? Таких «традиционных» контуров не бывает! Подробно о традиционных расчётах читайте в статье «Колебательный контур. Резонанс«. И вообще, под какую резонансную частоту подстраивать?

 

18. Внешняя трубка подгоняется под размер 3/4 дюйма 16 калибра (толщина стенки 0.06 дюйма), длиной 4 дюйма. Внутренняя трубка диаметром 1/2 дюйма 18 калибра (стенка 0.049 дюйма, это приблизительный размер для этой трубки, фактический калибр не может быть вычислен из патентной документации, но этот размер должен работать), 4 дюйма длиной.

Запоминайте размеры, мы к ним ещё вернёмся вместе с пунктами 9, 11 , 13 и 16.

19. Не указано, должна ли быть вода внутри трубки. Думается, что она там есть, но это совершенно не влияет на работу прибора.

А это как сказать, от этого может быть всё и зависит. Это у переписчика этой статьи не влияет! Вернёмся вместе с пунктами 9, 11 , 13, 16 и 18.

20. Частота не была напечатана, исходя из размера катушек и трансформатора, частота не превышает 50 Mhz. He упирайтесь в этот факт, это всего лишь моя догадка.

На основе чего автор догадывался о частоте, не превышающей 50 мегагерц? По парамерам катушек и трансформатора, без всяких вычислений, любой опытный радиолюбитель скажет, что частота не достигнет и 1 (одного) мегагерца. Автор статьи, как это он пишет сам, действительно попытался «догадаться», но получилось как в «Поле чудес» — играл но не угадал.


Теперь Вы, сами поняли, почему я сначала отнёсся к этой статье, как к очередному надувательству. Сейчас у меня противоположное мнение, но чтобы оно подтвердилось, необходимо всё «разложить по полочкам».

В следующей статье, мы с Вами «снимем с ушей лапшу» и раскроем то, что скрыто за выделенными в этой статье пунктами №№ 9, 11, 13, 16, 18, 19. А это именно то звено цепи загадок, которое нам предстоит раскрыть, чтобы ответить на вопрос: Как работает ячейка Мэйера?

meanders.ru

Новый материал для топливных элементов позволяет создавать долгосрочные «энергетические ячейки»

Литиевые батареи — отличное решение для хранения энергии, генерируемой солнечными батареями или иными источниками «зеленого» электричества. Но они достаточно быстро разряжаются, так что это краткосрочное решение — накопить энергию «впрок» не получится. Кроме того, для хранения реально больших объемов энергии нужны очень массивные хранилища (одно такое построил Илон Маск в Австралии).

Специалисты ищут подходящее решение уже многие годы, но пока что ничего радикального создать не удалось. Правда, в последнее время становятся популярнее топливные элементы, которые вырабатывают энергию из, например, водорода. На днях стало известно о новом виде топливных ячеек, которые работают сразу в двух направлениях — они могут вырабатывать электричество из метана или водорода, или же потреблять энергию и производить метан или водород.

КПД ячейки довольно высокий: если потратить определенный объем энергии на выработку метана или водорода, а затем пустить все в обратном направлении, то получить можно 75% потраченного ранее электричества. В принципе, весьма неплохо.

Ограничения


Батареи, как уже говорилось выше, не слишком хороши для долгосрочных запасов электричества. Другие недостатки — медленная скорость подзарядки плюс дороговизна. Неплохим выходом могут служить проточные аккумуляторы, которые используются все шире.

Проточный (редокс) аккумулятор – это электрическое устройство хранения энергии, представляющее собой нечто среднее между обычной батареей и топливным элементом. Жидкий электролит, состоящий из раствора металлических солей, прокачивают через ядро, которое состоит из положительного и отрицательного электрода, разделенных мембраной. Возникающий между катодом и анодом ионный обмен приводит к выработке электричества.

Но проточные аккумуляторные не такие эффективные, как традиционные батареи, а электролит, который в них используется обычно токсичен или же вызывает коррозию (а иногда и то, и другое).

Альтернатива, позволяющая хранить энергию в течение долгого времени — превращать излишки электричества в топливо. Но здесь все не так просто, обычные схемы преобразования энергии в топливо достаточно энергозатратные, так что КПД системы никогда не будет высоким. Кроме того, катализаторы для проведения реакции обычно дорогие.

Способ сократить расходы — использовать обратимый (реверсивный) топливный элемент. В принципе, они не являются чем-то новым. При работе в прямом направлении топливные элементы берут водород или метан в качестве топлива и вырабатывают электричество. Работая в обратном направлении, они вырабатывают топливо, потребляя электричество.

Как раз реверсивные топливные элементы — идеальный вариант для долгосрочного хранения энергии, а также для получения метана или водорода там, где они нужны.

Почему же они еще не используются повсеместно? Потому, что в теории все выглядит отлично, но на практике возникают непреодолимые сложности. Во-первых, многие такие элементы нуждаются в высокой температуре для работы. Во-вторых, они производят смесь водорода и воды, а не чистый водород (в большинстве случаев). В-третьих, КПД цикла ну очень невелик. В-четвертых, катализатор в большинстве существующих элементов быстро разрушается.

Выход из положения


Его предложили исследователи из Колорадской горной школы. Они изучили возможности обратимых протонно-керамических электрохимических элементов. При выработке энергии они весьма эффективны, плюс они не нуждаются в очень уж высокой температуре — достаточно источников отработанного тепла от промышленных процессов или традиционного производства электроэнергии.

Ученые усовершенствовали технологию, предложив в качестве материала для электродов Ba/Ce/Zr/Y/Yb и Ba/Co/Zr/Y. Для их работы нужна температура в 500 градусов Цельсия, что не проблема, плюс в производство вовлекается около 97% энергии, которая была подведена к системе. При этом ячейки работают на воде или воде и углекислом газе. Вырабатывают они водород, в первом случае, или метан, во втором.

КПД системы составляет около 75%. Не так хорошо, как у батарей, но для большинства целей и этого вполне достаточно. При этом электроды не разрушаются. После 1200 часов испытаний оказалось, что материал практически не деградировал.

Правда, остается еще одна проблема — дороговизна исходных материалов, которые используются для создания электродов. Тот же иттербий стоит примерно $14 000 за килограмм, так что создание действительно значительных по размеру топливных элементов может оказаться весьма дорогим удовольствием.

Но, возможно, разработчики смогут решить и эту проблему — во всяком случае, работа в этом направлении уже ведется.


habr.com

Топливные (водородные) элементы/ячейки

Применение топливных элементов/ячеек в системах телекоммуникации

Вследствие быстрого распространения систем беспроводной связи во всем мире, а также роста социально-экономических выгод технологии мобильных телефонов, необходимость надежного и экономичного резервного электропитания приобрела определяющее значение. Убытки электросети на протяжении года вследствие плохих погодных условий, стихийных бедствий или ограниченной мощности сети представляют собой постоянную сложную проблему для операторов сети.

Традиционные телекоммуникационные решения в области резервного электропитания включают батареи (свинцово-кислотный элемент аккумуляторной батареи с клапанным регулированием) для резервного питания в течение непродолжительного времени и дизельные и пропановые генераторы для более продолжительного резервного питания. Батареи являются относительно дешевым источником резервного питания на 1 – 2 часа. Однако батареи не подходят для более продолжительного резервного питания, так как их техническое обслуживание является дорогим, они становятся ненадежными после долгой эксплуатации, чувствительны к температурам и опасны для окружающей среды после утилизации. Дизельные и пропановые генераторы могут обеспечить продолжительное резервное электропитание. Однако генераторы могут быть ненадежными, требуют трудоемкого технического обслуживания, выделяют в атмосферу высокие уровни загрязнений и газов, вызывающих парниковый эффект.

С целью устранения ограничений традиционных решений в области резервного электропитания была разработана инновационная технология экологически чистых топливных ячеек. Топливные ячейки надежны, не производят шума, содержат меньше подвижных деталей, чем генератор, имеют более широкий диапазон рабочих температур, чем батарея: от -40°C до +50°C и, как результат, обеспечивают чрезвычайно высокий уровень энергосбережения. Кроме того, затраты на такую установку на протяжении срока эксплуатации ниже затрат на генератор. Более низкие затраты на топливную ячейку являются результатом всего одного посещения с целью технического обслуживания в год и значительно более высокой производительностью установки. В конце концов, топливная ячейка представляет собой экологически чистое технологическое решение с минимальным воздействием на окружающую среду.

Установки на топливных ячейках обеспечивают резервное электропитание для критически важных инфраструктур сети связи для беспроводной, постоянной и широкополосной связи в системе телекоммуникаций, в диапазоне от 250 Вт до 15 кВт, они предлагают множество непревзойденных инновационных характеристик:

  • НАДЕЖНОСТЬ – малое количество подвижных деталей и отсутствие разрядки в режиме ожидания
  • ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
  • ТИШИНА – низкий уровень шумов
  • УСТОЙЧИВОСТЬ – рабочий диапазон от -40°C до +50°C
  • АДАПТИВНОСТЬ – установка на улице и в помещении (контейнер/защитный контейнер)
  • ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ – до 15 кВт
  • НИЗКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ – минимальное ежегодное техническое обслуживание
  • ЭКОНОМИЧНОСТЬ — привлекательная совокупная стоимость владения
  • ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ – низкий уровень выбросов с минимальным воздействием на окружающую среду

Система все время чувствует напряжение шины постоянного тока и плавно принимает критические нагрузки, если напряжение шины постоянного тока падает ниже заданного значения, определенного пользователем. Система работает на водороде, который поступает в батарею топливных ячеек одним из двух путей – либо из промышленного источника водорода, либо из жидкого топлива из метанола и воды, при помощи встроенной системы риформинга.

Электричество производится батареей топливных элементов в виде постоянного тока. Энергия постоянного тока передается на преобразователь, который преобразует нерегулируемую электроэнергию постоянного тока, исходящую от батареи топливных ячеек, в высококачественную регулируемую электроэнергию постоянного тока для необходимых нагрузок. Установка на топливных ячейках может обеспечивать резервное электропитание на протяжении многих дней, так как продолжительность действия ограничена только имеющимся в запасе количеством водорода или топлива из метанола/воды.

Топливные элементы предлагают высокий уровень энергосбережения, повышенную надежность системы, более предсказуемые эксплуатационные качества в широком спектре климатических условий, а также надежную эксплуатационную долговечность в сравнении с комплектами батарей со свинцово-кислотными элементами с клапанным регулированием промышленного стандарта. Затраты на протяжении срока эксплуатации также более низкие, вследствие значительно меньшей потребности в техническом обслуживании и замене. Топливные ячейки предлагают конечному пользователю экологические преимущества, так как затраты на утилизацию и риски ответственности, связанные со свинцово-кислотными элементами, вызывают растущее беспокойство.

На эксплуатационные характеристики электрических батарей может отрицательно повлиять широкий спектр факторов, таких как уровень зарядки, температура, циклы, срок службы и другие переменные факторы. Предоставляемая энергия будет различной в зависимости от этих факторов, ее нелегко предсказать. Эксплуатационные характеристики топливной ячейки с мембраной обмена протонов (МОПТЯ) относительно не подвержены влиянию этих факторов и могут обеспечивать критически важное электропитание, пока есть топливо. Повышенная предсказуемость является важным преимуществом при переходе на топливные ячейки для критически важных сфер использования резервного электропитания.

Топливные элементы генерируют энергию только при подаче топлива, подобно газотурбинному генератору, но не имеют подвижных деталей в зоне генерирования. Поэтому, в отличие от генератора, они не подвержены быстрому износу и не требуют постоянного технического обслуживания и смазки.

Топливо, используемое для приведения в действие преобразователя топлива с повышенной продолжительностью действия, представляет собой топливную смесь из метанола и воды. Метанол является широкодоступным, производимым в промышленных масштабах топливом, которое в настоящее время имеет множество применений, среди прочего стеклоомыватели, пластиковые бутылки, присадки для двигателя, эмульсионные краски. Метанол легко транспортируется, может смешиваться с водой, обладает хорошей способностью к биоразложению и не содержит серы. Он имеет низкую точку замерзания (-71°C) и не распадается при длительном хранении.

Применение топливных элементов/ячеек в сетях связи

Сети засекреченной связи нуждаются в надежных решениях в области резервного электропитания, которые могут функционировать на протяжении нескольких часов или нескольких дней в чрезвычайных ситуациях, если электросеть перестала быть доступной.

При наличии незначительного числа подвижных деталей, а также отсутствии снижения мощности в режиме ожидания, инновационная технология топливных ячеек предлагает привлекательное решение в сравнении с существующими в настоящий момент системами резервного электропитания.

Самым неопровержимым доводом в пользу применения технологии топливных ячеек в сетях связи является повышенная общая надежность и безопасность. Во время таких происшествий, как отключения электропитания, землетрясения, бури и ураганы, важно, чтобы системы продолжали работать и были обеспечены надежной подачей резервного электропитания на протяжении длительного периода времени, независимо от температуры или срока эксплуатации системы резервного электропитания.

Линейка устройств электропитания на основе топливных ячеек идеально подходит для поддержки сетей засекреченной связи. Благодаря заложенным в конструкцию принципам энергосбережения, они обеспечивают экологически чистое, надежное резервное питание с повышенной продолжительностью действия (до нескольких дней) для использования в диапазоне мощностей от 250 Вт до 15 кВт.

Применение топливных элементов/ячеек в сетях передачи данных

Надежное электропитание для сетей передачи данных, таких как сети высокоскоростной передачи данных и оптико-волоконные магистрали, имеет ключевое значение во всем мире. Информация, передаваемая по таким сетям, содержит критически важные данные для таких учреждений, как банки, авиакомпании или медицинские центры. Отключение электропитания в таких сетях не только представляет опасность для передаваемой информации, но и, как правило, приводит к значительным финансовым потерям. Надежные инновационные установки на топливных ячейках, обеспечивающие резервное электропитание, предоставляют надежность, необходимую для обеспечения непрерывного электропитания.

Установки на топливных ячейках, работающие на жидкой топливной смеси из метанола и воды, обеспечивают надежное резервное электропитание с повышенной продолжительностью действия, вплоть до нескольких дней. Кроме того, эти установки отличаются значительно сниженными требованиями в отношении технического обслуживания в сравнении с генераторами и батареями, необходимо лишь одно посещение с целью технического обслуживания в год.

Типичные характеристики мест применений для использования установок на топливных ячейках в сетях передачи данных:

  • Применения с количествами потребляемой энергии от 100 Вт до 15 кВт
  • Применения с требованиями в отношении автономной работы > 4 часов
  • Повторители в оптико-волоконных системах (иерархия синхронных цифровых систем, высокоскоростной Интернет, голосовая связь по IP-протоколу…)
  • Сетевые узлы высокоскоростной передачи данных
  • Узлы передачи по протоколу WiMAX

Установки на топливных ячейках для резервного электропитания предлагают многочисленные преимущества для критически важных инфраструктур сетей передачи данных в сравнении с традиционными автономными батареями или дизельными генераторами, позволяя повысить возможности использования на месте:

  1. Технология жидкого топлива позволяет решить проблему размещения водорода и обеспечивает практически неограниченную работу резервного электропитания.
  2. Благодаря тихой работе, малой массе, устойчивости к перепадам температур и функционированию практически без вибраций топливные элементы можно устанавливать вне здания, в промышленных помещениях/контейнерах или на крышах.
  3. Приготовления к использованию системы на месте быстры и экономичны, стоимость эксплуатации низкая.
  4. Топливо обладает способностью к биоразложению и представляет собой экологически чистое решение для городской среды.

Применение топливных элементов/ячеек в системах безопасности

Самые тщательно разработанные системы безопасности зданий и системы связи надежны лишь настолько, насколько надежно электропитание, которое поддерживает их работу. В то время как большинство систем включает некоторые типы систем резервного бесперебойного питания для краткосрочных потерь мощности, они не создают условия для более продолжительных перерывов в работе электросети, которые могут иметь место после стихийных бедствий или терактов. Это может стать критически важным вопросом для многих корпоративных и государственных учреждений.

Такие жизненно важные системы, как системы мониторинга и контроля доступа с помощью системы видеонаблюдения (устройства чтения идентификационных карт, устройства для закрытия двери, техника биометрической идентификации и т.д.), системы автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения, системы управления лифтами и телекоммуникационные сети, подвержены риску при отсутствии надежного альтернативного источника электропитания питания продолжительного действия.

Дизельные генераторы производят много шума, их тяжело разместить, также хорошо известно о проблемах с их надежностью и техническим обслуживанием. В противоположность этому, установка на топливных ячейках, обеспечивающая резервное электропитание, не производит шума, является надежной, выбросы, выделяемые ей, равны нулю или весьма низки, ее легко установить на крыше или вне здания. Она не разряжается и не теряет мощность в режиме ожидания. Она обеспечивает непрерывную работу критически важных систем, даже после того, как учреждение прекратит работу и здание будет покинуто людьми.

Инновационные установки на топливных ячейках защищают дорогостоящие вложения критически важных сфер применения. Они обеспечивают экологически чистое, надежное резервное питание с повышенной продолжительностью действия (до многих дней) для использования в диапазоне мощностей от 250 Вт до 15 кВт в сочетании с многочисленными непревзойденными характеристиками и, особенно, высоким уровнем энергосбережения.

Установки на топливных ячейках для резервного электропитания предлагают многочисленные преимущества для использования в критически важных сферах применения, таких как системы обеспечения безопасности и управления зданиями, в сравнении с традиционными автономными батареями или дизельными генераторами. Технология жидкого топлива позволяет решить проблему размещения водорода и обеспечивает практически неограниченную работу резервного электропитания.

Применение топливных элементов/ячеек в коммунально-бытовом отоплении и электрогенерации

На твердооксидных топливных ячейках (ТОТЯ) построены надежные, энергетически эффективные и не дающие вредных выбросов теплоэнергетические установки для выработки электроэнергии и тепла из широко доступного природного газа и возобновляемых источников топлива. Эти инновационные установки используется на самых различных рынках, от домашней выработки электричества до поставок электроэнергии в удаленные районы, а также в качестве вспомогательных источников питания.

Эти энергосберегающие установки производят тепло для отопления помещений и подогрева воды, а также электроэнергию, которая может быть использована в доме и отведена назад в электросеть. Распределенные источники выработки электроэнергии могут включать фотогальванические (солнечные) элементы и ветровые микротурбины. Эти технологии на виду и широко известны, однако их работа зависит от погодных условий и они не могут стабильно вырабатывать электроэнергию круглый год. По мощности теплоэнергетические установки могут варьироваться от менее чем 1 кВт до 6 МВт и больше.

Применение топливных элементов/ячеек в распределительных сетях

Малые теплоэнергетические установки предназначены для работы в распределенной сети выработки энергии, состоящей из большого числа малых генераторных установок вместо одной централизованной электростанции.

На рисунке ниже указаны потери эффективности выработки электроэнергии при ее выработке на ТЭЦ и передаче в дома через традиционные сети электропередач, используемые на данный момент. Потери эффективности при централизованной выработке включают потери с электростанции, низковольтной и высоковольтной передачи, а также потери при распределении.

Рисунок показывает результаты интеграции малых теплоэнергетических установок: электричество вырабатывается с эффективностью выработки до 60% на месте использования. В дополнение к этому, домохозяйство может использовать тепло, вырабатываемое топливными ячейками, для нагрева воды и помещений, что увеличивает общую эффективность переработки энергии топлива и повышает уровень энергосбережения.

Использование топливных элементов для защиты окружающей среды-утилизация попутного нефтяного газа

Одной из важнейших задач в нефтедобывающей промышленности является утилизация попутного нефтяного газа. Существующие методы утилизации попутного нефтяного газа имеют массу недостатков, основной из них – они экономически невыгодны. Попутный нефтяной газ сжигается, что наносит огромный вред экологии и здоровью людей.

Инновационные теплоэнергетические установки на топливных элементах, использующие попутный нефтяной газ в качестве топлива, открывают путь к радикальному и экономически выгодному решению проблем по утилизации попутного нефтяного газа.

  1. Одно из основных преимуществ установок на топливных элементах заключается в том, что они могут надежно и устойчиво работать на попутном нефтяном газе переменного состава. Благодаря беспламенной химической реакции, лежащей в основе работы топливного элемента, снижение процентного содержания, например метана, вызывает лишь соответствующее уменьшение выходной мощности.
  2. Гибкость по отношению к электрической нагрузке потребителей, перепаду, набросу нагрузки.
  3. Для монтажа и подключения теплоэнергетических установок на топливных ячейках их внедрения не требуются идти на капитальные затраты, т.к. установки легко монтируются на неподготовленные площадки вблизи месторождений, удобны в эксплуатации, надежны и эффективны.
  4. Высокая автоматизация и современный дистанционный контроль не требуют постоянного нахождения персонала на установке.
  5. Простота и техническое совершенство конструкции: отсутствие движущихся частей, трения, систем смазки дает значительные экономические выгоды от эксплуатации установок на топливных элементах.
  6. Потребление воды: отсутствует при температуре окружающей среды до +30 °C и незначительное при более высоких температурах.
  7. Выход воды: отсутствует.
  8. Кроме того, теплоэнергетические установки на топливных элементах не шумят, не вибрируют, не дают вредных выбросов в атмосферу

intech-gmbh.ru

описание, характеристики, принцип работы, фото

Топливный элемент — устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующее богатое водородом топливо. По принципу работы он схож с батареей. Конструктивно топливный элемент представлен катодом, анодом и электролитом. Чем он примечателен? В отличие от тех же батарей, топливные элементы на водороде не накапливают электрическую энергию, не нуждаются в электричестве для повторной зарядки и не разряжаются. Выработка электроэнергии ячейками продолжается до тех пор, пока у них имеется запас воздуха и топлива.

Особенности

Отличием топливных ячеек от прочих генераторов электроэнергии является то, что за время работы они не сжигают топливо. Ввиду такой особенности они не нуждаются в роторах высокого давления, не издают громкого шума и вибраций. Электричество в топливных элементах вырабатывается в результате бесшумной электрохимической реакции. Химическая энергия топлива в таких устройствах преобразуется напрямую в воду, тепло и электричество.

Топливные элементы отличаются высокой эффективностью и не производят большого количества парниковых газов. Продуктом выброса при работе ячеек являются небольшое количество воды в виде пара и углекислого газа, который не выделяется в случае, если в качестве топлива выступает чистый водород.

топливный элемент на водороде своими руками

История появления

В 1950-1960-х годах возникшая потребность NASA в источниках энергии для длительных космических миссий спровоцировала одну из наиболее ответственных задач для существовавших на тот момент топливных элементов. Щелочные элементы используют в качестве топлива кислород и водород, которые в ходе электрохимической реакции преобразуются в побочные продукты, полезные во время космического полета — электричество, воду и тепло.

Топливные элементы впервые были открыты в начале XIX века — в 1838 году. В это же время появились первые сведения об их эффективности.

Работа над топливными элементами, использующими щелочные электролиты, началась в конце 1930-х годов. Ячейки с никелированными электродами под высоким давлением были изобретены только к 1939 году. Во время Второй Мировой войны для британских подлодок разрабатывались топливные элементы, состоящие из щелочных ячеек диаметром около 25 сантиметров.

Интерес к ним возрос в 1950-80-х годах, характеризующихся нехваткой нефтяного топлива. Страны мира начали заниматься вопросами загрязнения воздуха и окружающей среды, стремясь разработать экологически безопасные способы получения электроэнергии. Технология производства топливных ячеек на сегодняшний день переживает активное развитие.

водород воздушный топливный элемент

Принцип работы

Тепло и электроэнергия вырабатываются топливным ячейками в результате электрохимической реакции, проходящей с использованием катода, анода и электролита.

Катод и анод разделены проводящим протоны электролитом. После поступления кислорода на катод и водорода на анод запускается химическая реакция, результатом которой становятся тепло, ток и вода.

Молекулярный водород диссоциирует на катализаторе анода, что приводит к потере им электронов. Ионы водорода поступают к катоду через электролит, одновременно электроны проходят по внешней электрической сети и создают постоянный ток, который используется для питания оборудования. Молекула кислорода на катализаторе катода объединяется с электроном и поступившим протоном, образуя в итоге воду, являющуюся единственным продуктом реакции.

топливный элемент перекись водорода

Типы

Выбор конкретного вида топливной ячейки зависит от области ее применения. Все топливные элементы подразделяются на две основные категории — высокотемпературные и низкотемпературные. Вторые в качестве топлива используют чистый водород. Подобные устройства, как правило, требуют переработки первичного топлива в чистый водород. Процесс осуществляется с использованием специального оборудования.

Высокотемпературные топливные элементы не нуждаются в подобном, поскольку они преобразуют топливо при повышенных температурах, что исключает необходимость создания водородной инфраструктуры.

Принцип работы топливных элементов на водороде основан на превращении химической энергии в электрическую без малоэффективных процессов горения и трансформации тепловой энергии в механическую.

топливный элемент на водороде характеристики

Общие понятия

Водородные топливные элементы представляют собой электрохимические устройства, вырабатывающие электроэнергию в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива. Различают несколько типов подобных приборов. Наиболее перспективной технологией считаются водород-воздушные топливные элементы, оснащенные протонообменной мембранной PEMFC.

Протонпроводящая полимерная мембрана предназначена для разделения двух электродов — катода и анода. Каждый из них представлен угольной матрицей с нанесенным на нее катализатором. Молекулярный водород диссоциирует на катализаторе анода, отдавая электроны. Катионы проводятся к катоду через мембрану, однако электроны передаются во внешнюю цепь, поскольку мембрана не предназначена для передачи электронов.

Молекула кислорода на катализаторе катода объединяется с электроном из электрической цепи и поступившим протоном, образуя в итоге воду, являющуюся единственным продуктом реакции.

Топливные элементы на водороде используются для изготовления мембранно-электродных блоков, которые выступают в качестве основных генерирующих элементов энергетической системы.

кпд топливных элементов на водороде

Преимущества водородных топливных ячеек

Среди них следует выделить:

  • Повышенная удельная теплоемкость.
  • Широкий температурный диапазон эксплуатации.
  • Отсутствие вибрации, шума и теплового пятна.
  • Надежность при холодном запуске.
  • Отсутствие саморазряда, что обеспечивает длительный срок хранения энергии.
  • Неограниченная автономность благодаря возможности корректировки энергоемкости за счет изменения числа топливных баллончиков.
  • Обеспечение практически любой энергоемкости благодаря изменению емкости хранилища водорода.
  • Длительный срок эксплуатации.
  • Бесшумность и экологичность работы.
  • Высокий уровень энергоемкости.
  • Толерантность к сторонним примесям в водороде.
топливный элемент на водороде как собрать

Область применения

Благодаря высокому КПД топливные элементы на водороде применяются в различных областях:

  • Портативные зарядные устройства.
  • Энергоснабжающие системы для БПЛА.
  • Источники бесперебойного питания.
  • Прочие устройства и оборудование.

Перспективы водородной энергетики

Повсеместное использование топливных элементов на перекиси водорода будет возможно только после создания эффективного способа получения водорода. Для введения технологии в активное использование требуются новые идеи, при этом большие надежды возлагаются на концепцию биотопливных элементов и нанотехнологии. Некоторые компании сравнительно недавно выпустили эффективные катализаторы на основе различных металлов, одновременно с чем появились сведения о создании топливных ячеек без мембран, что позволило значительно удешевить производство и упростить конструкцию подобных устройств. Преимущества и характеристики топливных элементов на водороде не перевешивают их основного недостатка — высокой стоимости, особенно в сравнении с углеводородными устройствами. На создание одной водородной энергоустановки требуется минимум 500 тысяч долларов.

топливный элемент на водороде принцип работы

Как собрать топливный элемент на водороде?

Топливную ячейку небольшой мощности можно создать самостоятельно в условиях обычной домашней или школьной лаборатории. В качестве материалов используется старый противогаз, куски оргстекла, водный раствор этилового спирта и щелочь.

Корпус топливного элемента на водороде своими руками создается из оргстекла толщиной не менее пяти миллиметров. Перегородки между отсеками могут быть меньшей толщины — порядка 3 миллиметров. Оргстекло склеивается специальным клеем, изготавливаемым из хлороформа либо дихлорэтана и стружки из оргстекла. Все работы производятся только при работающей вытяжке.

В наружной стенке корпуса просверливается отверстие диаметром 5-6 сантиметров, в которое вставляется резиновая пробка и сливная стеклянная трубка. Активированный уголь из противогаза засыпается во второе и четвертое отделение корпуса топливного элемента — он будет использоваться в качестве электрода.

Циркуляция топлива будет осуществляться в первой камере, в то время как пятая заполняется воздухом, из которого будет поставляться кислород. Электролит, засыпающийся между электродами, пропитывается раствором парафина и бензина во избежание его попадания в воздушную камеру. На слой угля кладутся медные пластины с припаянными к ним проводами, через которые будет отводиться ток.

Собранный топливный элемент на водороде заряжается водкой, разбавленной водой в соотношении 1:1. В полученную смесь аккуратно добавляется едкий калий: в 200 граммах воды растворяется 70 граммов калия.

Перед испытанием топливного элемента на водороде в первую камеру заливается топливо, в третью — электролит. Показания вольтметра, подключенного к электродам, должны варьироваться от 0,7 до 0,9 вольт. Для обеспечения непрерывной работы элемента отработанное топливо должно отводиться, а через резиновую трубку — заливаться новое. Сжиманием трубки регулируется скорость подачи топлива. Подобные топливные элементы на водороде, собранные в домашних условиях, обладают небольшой мощностью.

fb.ru

Топливные элементы: виды и принцип работы

Экология познания.Наука и техника: Водородная энергетика является одной из самых высокоэффективных отраслей, а топливные элементы позволяют ей оставаться на передовой инновационных технологий.

Топливный элемент – это устройство, которое эффективно вырабатывает постоянный ток и тепло из богатого водородом топлива путем электрохимической реакции.

Топливный элемент подобен батарее в том, что он вырабатывает постоянный ток путем химической реакции. Опять же, подобно батарее, топливный элементвключает анод, катод и электролит. Однако, в отличие от батарей, топливные элементы не могут накапливать электрическую энергию, не разряжаются и не требуют электричества для повторной зарядки. Топливные элементы могут постоянно вырабатывать электроэнергию, пока они имеют запас топлива и воздуха. Правильный термин для описания работающего топливного элемента – это система элементов, так как для полноценной работы требуется наличие некоторых вспомогательных систем.

В отличие от других генераторов электроэнергии, таких как двигатели внутреннего сгорания или турбины, работающие на газе, угле, мазуте и пр.,топливные элементы не сжигают топливо. Это означает отсутствие шумных роторов высокого давления, громкого шума при выхлопе, вибраций. Топливные элементы вырабатывают электричество путем бесшумной электрохимической реакции. Другой особенностью топливных элементов является то, что они преобразуют химическую энергию топлива напрямую в электричество, тепло и воду.

Топливные элементы высокоэффективны и не производят большого количества парниковых газов, таких как углекислый газ, метан и оксид азота. Единственным продуктом выброса при работе топливных элементов являются вода в виде пара и небольшое количество углекислого газа, который вообще не выделяется, если в качестве топлива используется чистый водород. Топливные элементы собираются в сборки, а затем в отдельные функциональные модули.

Принцип работы топливных элементов

Топливные элементы вырабатывают электроэнергию и тепло вследствие происходящей электрохимической реакции, используя электролит, катод и анод.

топливные элементы, топливные ячейки

Анод и катод разделяются электролитом, проводящим протоны. После того, как водород поступит на анод, а кислород — на катод, начинается химическая реакция, в результате которой генерируются электрический ток, тепло и вода. На катализаторе анода молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны. Ионы водорода (протоны) проводятся через электролит к катоду, в то время как электроны пропускаются электролитом и проходят по внешней электрической цепи, создавая постоянный ток, который может быть использован для питания оборудования. На катализаторе катода молекула кислорода соединяется с электроном (который подводится из внешних коммуникаций) и пришедшим протоном, и образует воду, которая является единственным продуктом реакции (в виде пара и/или жидкости).

Ниже приведена соответствующая реакция:

Реакция на аноде: 2h3 => 4H+ + 4e-
Реакция на катоде: O2 + 4H+ + 4e- => 2h3O
Общая реакция элемента: 2h3 + O2 => 2h3O


Типы топливных элементов

топливные элементы, топливные ячейки

Подобно существованию различных типов двигателей внутреннего сгорания, существуют различные типы топливных элементов – выбор подходящего типа топливной элементы зависит от его применения.Топливные элементы делятся на высокотемпературные и низкотемпературные. Низкотемпературные топливные элементы требуют в качестве топлива относительно чистый водород. 

Это часто означает, что требуется обработка топлива для преобразования первичного топлива (такого как природный газ) в чистый водород. Этот процесс потребляет дополнительную энергию и требует специального оборудования. Высокотемпературные топливные элементы не нуждаются в данной дополнительной процедуре, так как они могут осуществлять «внутреннее преобразование» топлива при повышенных температурах, что означает отсутствие необходимости вкладывания денег в водородную инфраструктуру.

Топливные элементы на расплаве карбоната (РКТЭ).

топливные элементы, топливные ячейки

Топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом являются высокотемпературными топливными элементами. Высокая рабочая температура позволяет непосредственно использовать природный газ без топливного процессора и топливного газа с низкой теплотворной способностью топлива производственных процессов и из других источников. Данный процесс был разработан в середине 1960-х гг. С того времени была улучшена технология производства, рабочие показатели и надежность.

Работа РКТЭ отличается от других топливных элементов. Данные элементы используют электролит из смеси расплавленных карбонатных солей. В настоящее время применяется два типа смесей: карбонат лития и карбонат калия или карбонат лития и карбонат натрия. Для расплавки карбонатных солей и достижения высокой степени подвижности ионов в электролите, работа топливных элементов с расплавленным карбонатным электролитом происходит при высоких температурах (650°C). КПД варьируется в пределах 60-80%.

При нагреве до температуры 650°C, соли становятся проводником для ионов карбоната (CO32-). Данные ионы проходят от катода на анод, где происходит объединение с водородом с образованием воды, диоксида углерода и свободных электронов. Данные электроны направляются по внешней электрической цепи обратно на катод, при этом генерируется электрический ток, а в качестве побочного продукта – тепло.

Реакция на аноде: CO32- + h3 => h3O + CO2 + 2e-
Реакция на катоде: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Общая реакция элемента: h3(g) + 1/2O2(g) + CO2(катод) => h3O(g) + CO2(анод)

Высокие рабочие температуры топливных элементов с расплавленным карбонатным электролитом имеют определенные преимущества. При высоких температурах, происходит внутренний риформинг природного газа, что устраняет необходимость использования топливного процессора. Помимо этого, к числу преимуществ можно отнести возможность использования стандартных материалов конструкции, таких как листовая нержавеющая сталь и никелевого катализатора на электродах. Побочное тепло может быть использовано для генерации пара высокого давления для различных промышленных и коммерческих целей.

Высокие температуры реакции в электролите также имеют свои преимущества. Применение высоких температур требует значительного времени для достижения оптимальных рабочих условий, при этом система медленнее реагирует на изменение расхода энергии. Данные характеристики позволяют использовать установки на топливных элементах с расплавленным карбонатным электролитом в условиях постоянной мощности. Высокие температуры препятствуют повреждению топливного элемента окисью углерода, «отравлению», и пр.

Топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом подходят для использования в больших стационарных установках. Промышленно выпускаются теплоэнергетические установки с выходной электрической мощностью 2,8 МВт. Разрабатываются установки с выходной мощностью до 100 МВт.

Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (ФКТЭ).

топливные элементы, топливные ячейки

Топливные элементы на основе фосфорной (ортофосфорной) кислоты стали первыми топливными элементами для коммерческого использования. Данный процесс был разработан в середине 1960-х гг., испытания проводились с 1970-х гг. С того времени была увеличена стабильность, рабочие показатели и снижена стоимость.

Топливные элементы на основе фосфорной (ортофосфорной) кислоты используют электролит на основе ортофосфорной кислоты (h4PO4) с концентрацией до 100%. Ионная проводимость ортофосфорной кислоты является низкой при низких температурах, по этой причине эти топливные элементы используются при температурах до 150–220°C.

Носителем заряда в топливных элементах данного типа является водород (H+, протон). Схожий процесс происходит в топливных элементах с мембраной обмена протонов (МОПТЭ), в которых водород, подводимый к аноду, разделяется на протоны и электроны. Протоны проходят по электролиту и объединяются с кислородом, получаемым из воздуха, на катоде с образованием воды. Электроны направляются по внешней электрической цепи, при этом генерируется электрический ток. Ниже представлены реакции, в результате которых генерируется электрический ток и тепло.

Реакция на аноде: 2h3 => 4H+ + 4e-
Реакция на катоде: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2h3O
Общая реакция элемента: 2h3 + O2 => 2h3O

КПД топливных элементов на основе фосфорной (ортофосфорной) кислоты составляет более 40% при генерации электрической энергии. При комбинированном производстве тепловой и электрической энергии, общий КПД составляет около 85%. Помимо этого, учитывая рабочие температуры, побочное тепло может быть использовано для нагрева воды и генерации пара атмосферного давления.

Высокая производительность теплоэнергетических установок на топливных элементах на основе фосфорной (ортофосфорной) кислоты при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии является одним из преимуществ данного вида топливных элементов. В установках используется окись углерода с концентрацией около 1,5%, что значительно расширяет возможность выбора топлива. Помимо этого, СО2 не влияет на электролит и работу топливного элемента, данный тип элементов работает с риформированным природным топливом. Простая конструкция, низкая степень летучести электролита и повышенная стабильность также являются преимущества данного типа топливных элементов.

Промышленно выпускаются теплоэнергетические установки с выходной электрической мощностью до 400 кВт. Установки на 11 МВт прошли соответствующие испытания. Разрабатываются установки с выходной мощностью до 100 МВт.

Топливные элементы с мембраной обмена протонов (МОПТЭ)

топливные элементы, топливные ячейки

Топливные элементы с мембраной обмена протонов считаются самым лучшим типом топливных элементов для генерации питания транспортных средств, которое способно заменить бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. Эти топливные элементы были впервые использованы НАСА для программы «Джемини». Сегодня разрабатываются и демонстрируются установки на МОПТЭ мощностью от 1Вт до 2 кВт.

В качестве электролита в этих топливных элементах используется твердая полимерная мембрана (тонкая пластмассовая пленка). При пропитывании водой этот полимер пропускает протоны, но не проводит электроны.

Топливом является водород, а носителем заряда – ион водорода (протон). На аноде молекула водорода разделяется на ион водорода (протон) и электроны. Ионы водорода проходят сквозь электролит к катоду, а электроны перемещаются по внешнему кругу и производят электрическую энергию. Кислород, который берется из воздуха, подается к катоду и соединяется с электронами и ионами водорода, образуя воду. На электродах происходят следующие реакции:

Реакция на аноде: 2h3 + 4OH- => 4h3O + 4e-
Реакция на катоде: O2 + 2h3O + 4e- => 4OH-
Общая реакция элемента: 2h3 + O2 => 2h3O

По сравнению с другими типами топливных элементов, топливные элементы с мембраной обмена протонов производят больше энергии при заданном объеме или весе топливного элемента. Эта особенность позволяет им быть компактными и легкими. К тому же, рабочая температура – менее 100°C, что позволяет быстро начать эксплуатацию. Эти характеристики, а также возможность быстро изменить выход энергии – лишь некоторые черты, которые делают эти топливные элементы первым кандидатом для использования в транспортных средствах.

Другим преимуществом является то, что электролитом выступает твердое, а не жидкое, вещество. Удержать газы на катоде и аноде легче с использованием твердого электролита, и поэтому такие топливные элементы более дешевы для производства. По сравнению с другими электролитами, при применении твердого электролита не возникает таких трудностей, как ориентация, возникает меньше проблем из-за появления коррозии, что ведет к большей долговечности элемента и его компонентов.

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)

топливные элементы, топливные ячейки

Твердооксидные топливные элементы являются топливными элементами с самой высокой рабочей температурой. Рабочая температура может варьироваться от 600°C до 1000°C, что позволяет использовать различные типы топлива без специальной предварительной обработки. Для работы с такими высокими температурами используемый электролит представляет собой тонкий твердый оксид металла на керамической основе, часто сплав иттрия и циркония, который является проводником ионов кислорода (О2-). Технология использования твердооксидных топливных элементов развивается с конца 1950-х гг. и имеет две конфигурации: плоскостную и трубчатую.

Твердый электролит обеспечивает герметичный переход газа от одного электрода к другому, в то время как жидкие электролиты расположены в пористой подложке. Носителем заряда в топливных элементах данного типа является ион кислорода (О2-). На катоде происходит разделение молекул кислорода из воздуха на ион кислорода и четыре электрона. Ионы кислорода проходят по электролиту и объединяются с водородом, при этом образуется четыре свободных электрона. Электроны направляются по внешней электрической цепи, при этом генерируется электрический ток и побочное тепло.

Реакция на аноде: 2h3 + 2O2- => 2h3O + 4e-
Реакция на катоде: O2 + 4e- => 2O2-
Общая реакция элемента: 2h3 + O2 => 2h3O

КПД производимой электрической энергии является самым высоким из всех топливных элементов – около 60%. Помимо этого, высокие рабочие температуры позволяют осуществлять комбинированное производство тепловой и электрической энергии для генерации пара высокого давления. Комбинирование высокотемпературного топливного элемента с турбиной позволяет создать гибридный топливный элемент для повышения КПД генерирования электрической энергии до 70%.

Твердооксидные топливные элементы работают при очень высоких температурах (600°C–1000°C), в результате чего требуется значительное время для достижения оптимальных рабочих условий, при этом система медленнее реагирует на изменение расхода энергии. При таких высоких рабочих температурах не требуется преобразователь для восстановления водорода из топлива, что позволяет теплоэнергетической установке работать с относительно нечистым топливом, полученным в результате газификации угля или отработанных газов и т.п. Также данный топливный элемент превосходно подходит для работы с высокой мощностью, включая промышленные и крупные центральные электростанции. Промышленно выпускаются модули с выходной электрической мощностью 100 кВт.

Топливные элементы с прямым окислением метанола (ПОМТЭ)

Технология использования топливных элементов с прямым окислением метанола переживает период активного развития. Она успешно зарекомендовала себя в области питания мобильных телефонов, ноутбуков, а также для создания переносных источников электроэнергии. на что и нацелено будущее применение данных элементов.

Устройство топливных элементов с прямым окислением метанола схоже с топливных элементах с мембраной обмена протонов (МОПТЭ), т.е. в качестве электролита используется полимер, а в качестве носителя заряда – ион водорода (протон). Однако, жидкий метанол (Ch4OH) окисляется при наличии воды на аноде с выделением СО2, ионов водорода и электронов, которые направляются по внешней электрической цепи, при этом генерируется электрический ток. Ионы водорода проходят по электролиту и вступает в реакцию с кислородом из воздуха и электронами, поступающих с внешней цепи, с образованием воды на аноде.

Реакция на аноде: Ch4OH + h3O => CO2 + 6H+ + 6e-
Реакция на катоде: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3h3O
Общая реакция элемента: Ch4OH + 3/2O2 => CO2 + 2h3O

Разработка данных топливных элементов была начата в начале 1990-х гг. После создания улучшенных катализаторов и, благодаря другим недавним нововведениям, была увеличена удельная мощность и КПД до 40%.

Были проведены испытания данных элементов в температурном диапазоне 50-120°C. Благодаря низким рабочим температурам и отсутствию необходимости использования преобразователя, топливные элементы с прямым окислением метанола являются лучшим кандидатом для применения как в мобильных телефонах и других товарах широкого потребления, так и в двигателях автомобилей. Достоинством данного типа топливных элементов являются небольшие габариты, благодаря использованию жидкого топлива, и отсутствие необходимости использования преобразователя.

Щелочные топливные элементы (ЩТЭ)

топливные элементы, топливные ячейки

Щелочные топливные элементы (ЩТЭ) – одна из наиболее изученных технологий, используемая с середины 1960-х гг. агентством НАСА в программах «Аполлон» и «Спейс Шаттл». На борту этих космических кораблей топливные элементы производят электрическую энергию и питьевую воду. Щелочные топливные элементы – одни из самых эффективных элементов, используемых для генерации электричества, эффективность выработки электроэнергии доходит до 70%.

В щелочных топливных элементах используется электролит, то есть водный раствор гидроксида калия, содержащийся в пористой стабилизированной матрице. Концентрация гидроксида калия может меняться в зависимости от рабочей температуры топливного элемента, диапазон которой варьируется от 65°С до 220°С. Носителем заряда в ЩТЭ является гидроксильный ион (ОН-), движущийся от катода к аноду, где он вступает в реакцию с водородом, производя воду и электроны. Вода, полученная на аноде, движется обратно к катоду, снова генерируя там гидроксильные ионы. В результате этого ряда реакций, проходящих в топливном элементе, производится электричество и, как побочный продукт, тепло:

Реакция на аноде: 2h3 + 4OH- => 4h3O + 4e-
Реакция на катоде: O2 + 2h3O + 4e- => 4OH-
Общая реакция системы: 2h3 + O2 => 2h3O

Достоинством ЩТЭ является то, что эти топливные элементы — самые дешевые в производстве, поскольку катализатором, который необходим на электродах, может быть любое из веществ, более дешевых чем те, что используются в качестве катализаторов для других топливных элементов. Кроме того, ЩТЭ работают при относительно низкой температуре и являются одними из самых эффективных топливных элементов — такие характеристики могут соответственно способствовать ускорению генерации питания и высокой эффективности топлива.

Одна из характерных особенностей ЩТЭ – высокая чувствительность к CO2, который может содержаться в топливе или воздухе. CO2 вступает в реакцию с электролитом, быстро отравляет его, и сильно снижает эффективность топливного элемента. Поэтому использование ЩТЭ ограничено закрытыми пространствами, такими как космические и подводные аппараты, они должны работать на чистом водороде и кислороде. Более того, такие молекулы, как CO, h3O и Ch5, которые безопасны для других топливных элементов, а для некоторых из них даже являются топливом, вредны для ЩТЭ.

Полимерные электролитные топливные элементы (ПЭТЭ)

топливные элементы, топливные ячейки

В случае полимерных электролитных топливных элементов полимерная мембрана состоит из полимерных волокон с водными областями, в которых существует проводимость ионов воды h3O+ (протон, красный) присоединяется к молекуле воды. Молекулы воды представляют проблему из-за медленного ионного обмена. Поэтому требуется высокая концентрация воды как в топливе, так и на выпускных электродах, что ограничивает рабочую температуру 100°С.

Твердокислотные топливные элементы (ТКТЭ)

топливные элементы, топливные ячейки

В твердокислотных топливных элементах электролит (CsHSO4) не содержит воды. Рабочая температура поэтому составляет 100-300°С. Вращение окси анионов SO42-позволяет протонам (красный) перемещаться так, как показано на рисунке.

Как правило, твердокислотный топливный элемент представляет собой бутерброд, в котором очень тонкий слой твердокислотного компаунда располагается между двумя плотно сжатыми электродами, чтобы обеспечить хороший контакт. При нагреве органический компонент испаряется, выходя через поры в электродах, сохраняя способность многочисленных контактов между топливом (или кислородом на другом конце элементы), электролитом и электродами.опубликовано econet.ru

топливные элементы, топливные ячейки

Тип топливной элементы Рабочая температура Эффективность выработки электроэнергии Тип топлива Область применения
РКТЭ 550–700°C 50-70% Большинство видов углеводородного топлива Средние и большие установки
ФКТЭ 100–220°C 35-40% Чистый водород Большие установки
МОПТЭ 30-100°C 35-50% Чистый водород Малые установки
ТОТЭ 450–1000°C 45-70% Большинство видов углеводородного топлива Малые, средние и большие установки
ПОМТЭ 20-90°C 20-30% Метанол Переносные установки
ЩТЭ 50–200°C 40-65% Чистый водород Космические исследования
ПЭТЭ 30-100°C 35-50% Чистый водород Малые установки

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Присоединяйтесь к нам в Facebook , ВКонтакте, Одноклассниках

econet.ru

Cерийное будущее: Революционный пакет водородных топливных ячеек

16 июня 2008 года на новейшей сборочной линии завода в местечке Таканезава в часе езды от Токио компания Honda начала серийную сборку автомобиля на водородных топливных ячейках Honda FCX Clarity. Присутствовавший на торжественной церемонии открытия сборочной линии президент компании Такео Фукуи сказал: «Эта технология жизненно необходима для цивилизации. Honda будет стремиться к превращению водородных автомобилей в доступное и массовое средство передвижения»

Honda FCX Clarity

Принцип действия топливного элемента Основные компоненты водородной топливной ячейки — электроды, полимерная протонообменная мембрана, выполняющая роль твердого электролита, и катализатор. Водород под давлением поступает на поверхность анода, при этом он распадается на два иона и два электрона (катализатор ускоряет этот процесс). Электроны уходят во внешнюю цепь, образуя электрический ток, и попадают на катод. В это же время на катод также поступает кислород из воздуха, который рекомбинирует с ионами водорода, прошедшими через мембрану, и электронами из внешней цепи, образуя воду.

Компоновка энергетической установки Honda FCX Clarity позволяет реализовать и просторный салон, и вместительный багажник, и шасси с острой управляемостью

Электрический силовой агрегат FCX Clarity Соосная схема. Расположив главный трансмиссионный вал внутри полого ротора на постоянных магнитах, инженеры Honda смогли разместить двигатель, трансмиссию и систему охлаждения в едином корпусе

1999 Honda представляет первые прототипы водородных автомобилей FCX-V1 и FCX-V2

2002 Прототип FCX-V4 стал первым водородным автомобилем в истории, одобренным к коммерческому применению

2004 Штат Нью-Йорк становится вторым корпоративным покупателем водородных автомобилей Honda

2005 Honda представляет второе поколение модели FCX. Автомобиль передается в реальную семью Джона Спаллино

2007 На автосалоне в Лос-Анджелесе Honda представляет FCX Clarity с пакетом топливных ячеек V Flow Stack третьего поколения

2008 FCX Clarity становится первым серийным водородным автомобилем

Линия по сборке FCX Clarity на заводе в Таканезава напоминает скорее научную лабораторию, чем автозавод. Многие операции производятся в специальных сверхчистых помещениях. Сложнейший процесс изготовления топливных ячеек и последующий их монтаж в готовые пакеты осуществляются на предприятии Honda Engineering в местечке Хага. По словам руководителя Центра перспективных разработок Honda Кацуаку Умитцу, предприятие уже сегодня способно производить тысячи водородных автомобилей ежегодно, однако из-за слабого развития водородной инфраструктуры в течение ближайших трех лет выпустит лишь 200 экземпляров Honda FCX Clarity. Пока что каждая FCX Clarity обходится компании в $1 млн.

Умитцу уверен, что через несколько лет эта цифра будет снижена как минимум в десять раз, а в будущем водородные автомобили смогут стать доступными для массового потребителя.

На торжественной церемонии в Таканезава были названы первые пять счастливых обладателей FCX Clarity. Ими оказались голливудский продюсер Рон Йеркса, киноактриса Джейми Ли Кертис, бизнесмен и автолюбитель Джим Саломон, голливудская актриса Лора Хэррис и единственный в мире владелец водородной модели FCX предыдущего поколения Джон Спаллино.

Без детских болезней

Впервые водородная Honda FCX Clarity была показана осенью прошлого года на автосалоне в Лос-Анджелесе. Всем желающим японцы предлагали опробовать новинку на ходу, но во время тест-драйвов рядом не было ни одного технического специалиста Honda: вождение водородного FCX Clarity не требует никакого специального обучения и подготовки. Чтобы запустить силовую установку автомобиля, достаточно вставить ключ в замок зажигания и нажать кнопку Power. При этом из-под капота не доносится ни звука: о том, что машина готова к движению, сигнализируют лишь ожившие шкалы приборного щитка. Место тахометра на панели с объемным изображением занял индикатор мощности. Шар с голубоватой подсветкой в его центре информирует водителя о текущем уровне потребления топлива. Острая управляемость, ставшая визитной карточкой Honda, просторный салон, отменная шумоизоляция и даже качественная аудиосистема позволяют с уверенностью сказать — перед нами не лабораторный образец, а готовый к широкой продаже суперсовременный семейный автомобиль, нашпигованный новейшими электронными системами.

Четыре пикапа сравнили в гонке по прямой: видео

Реактор с глаз долой

По сути водородные автомобили на топливных ячейках — это электромобили. Ведь и в тех и в других движение осуществляется благодаря вращению электромотора. Разница лишь в источнике питания: электромобиль получает энергию от предварительно заряженного аккумулятора, а водородный — от пакета топливных ячеек, в котором при окислении водорода образуются электрическая энергия и вода.

Главным компонентом силовой установки и основным источником энергии FCX Clarity служит революционный пакет водородных топливных ячеек третьего поколения V Flow Stack. Инженерам компании удалось создать удивительно компактный и эффективный реактор — он в три раза легче пакета ячеек первого поколения, разработанного в 1999 году, почти втрое компактнее, а его удельная мощность увеличена в четыре раза. Если прежде проблема оптимального размещения пакета ячеек на шасси ставила дизайнеров в тупик, то сейчас небольшой металлический ящик размером с системный блок компьютера легко помещается в центральном тоннеле. В новом V Flow Stack газопроводящие каналы стали на 17% тоньше. Исходные газы проходят сквозь ячейки вертикально, сверху вниз: такая компоновка упрощает дренаж воды с генерирующих слоев ячейки, что крайне важно для устойчивого процесса генерации электроэнергии. Но что еще более важно, в дизайне пакета V Flow Stack для подвода рабочих газов на электроды и эффективного охлаждения ячеек применяются не прямые, как прежде, а волнообразные проводящие каналы.

На волне эффективности

Волнообразные каналы-сепараторы — критически важный элемент пакета, насчитывающего несколько сотен плоских топливных ячеек, собранных в виде сэндвича. Топливная ячейка состоит из двух электродов, разделенных пленочной электролитической мембраной, и двух диффузионных слоев, по одному на анод (водородный) и катод (кислородный электрод).

Каждая ячейка изолирована от других соседних ячеек разделительными слоями-сепараторами, пронизанными тончайшими волнообразными каналами, доставляющими на электроды водород и кислород. Отдельный вертикальный канал предназначен для отвода воды с поверхности электродов. Газопроводящие каналы в слое-сепараторе ориентированы вертикально, а горизонтальные волнообразные каналы системы охлаждения обвивают их, как волокна в ткани. Волнообразная форма на порядок увеличивает объем каналов и создает турбулентность газов, необходимую для их эффективного распределения по поверхности. Производительность ячеек в пакете V Flow Stack новой FCX Clarity на 10% выше, чем у ячеек предыдущего поколения.

Для нормальной работы ячеек критически важен стабильный температурный режим. Волнообразная форма каналов позволила вдвое уменьшить их количество. Если раньше на одну ячейку приходился один канал, то теперь один канал с охлаждающей жидкостью осуществляет отвод лишнего тепла сразу от двух ячеек. В результате японским инженерам удалось снизить размеры всего пакета на 20% по длине и на 30% по высоте. Эффективный вертикальный дренаж воды, образующейся во время реакции окисления водорода, позволил резко улучшить рабочие характеристики пакета при низких температурах. Новая FCX Clarity спокойно заводится при температуре -30°С, а время прогрева пакета до оптимальной рабочей температуры снизилось в четыре раза.

Фаршированный двигатель

Следующим шагом после улучшения эксплуатационных характеристик батарей стало усовершенствование двигателя — электромотора постоянного тока. За два года до этого инженеры Honda создали достойный агрегат для концептуального электромобиля EV Plus, и руководство проекта приняло решение использовать его модифицированную версию с соосной интегрированной трансмиссией на FCX Clarity.

Ротор на постоянных магнитах полый, внутри проходит главный вал трансмиссии. Количество магнитов снижено с 12 до 8, для повышения прочности конструкции внутри ротора установлено центральное ребро жесткости. Новые магниты обеспечивают на 20% лучший удельный крутящий момент и на 50% более высокую мощность узла, чем у стандартного электромотора EV Plus. Вал ротора получил новые опорные подшипники пониженного трения, что положительно отразилось на динамических свойствах мотора. Специалисты отмечают, что он отличается удивительно тихой и мягкой работой во всем диапазоне оборотов вплоть до 12 500 об/мин.

Соосное расположение мотора, компактной трансмиссии и преобразователя напряжения Power Drive Unit (PDU), отвечающего за изменение характеристик притока электроэнергии на силовую установку, позволило собрать все эти три элемента в едином корпусе с общей системой охлаждения. В итоге двигатель и трансмиссия новой FCX Clarity стали меньше на 16 см в длину и на 24 см в высоту в сравнении с аналогичным узлом предыдущего поколения. При этом максимальная мощность установки возросла на 20% и составила 134 л.с. Крутящий момент вызывает уважение даже у обладателей дизельных автомобилей — полноценные 256 Н•м с самых низких оборотов.

Энергетический запас

Концептуальная Honda FCX 2005 модельного года была оснащена двумя водородными баками, а новая FCX Clarity имеет только один. Но инженерам удалось увеличить его полезную емкость, снизив габариты на 24%. Отныне все вспомогательные узлы системы питания топливом — клапаны, редуктор и система контроля давления — находятся в едином корпусе. Количество деталей в системе питания снижено на 74%. Теперь компактный прочный бак из алюминия и карбона размещается за задними сиденьями автомобиля, сохраняя почти весь полезный объем багажного отделения. Максимальный пробег автомобиля на одном баке водорода составляет 450 км. На одном килограмме водорода FCX Clarity может проехать 116 км.

В прежних водородных моделях Honda использовала в качестве дополнительного источника и хранилища электроэнергии массивный блок ультра-конденсаторов, располагавшийся за спинкой задних сидений и занимавший почти половину багажника. Такое решение явно не годилось для серийного автомобиля. Для FCX Clarity впервые была разработана компактная и емкая литий-ионная батарея, которая легко размещается под задним сиденьем. Кроме того, она гораздо эффективнее ультраконденсаторов усваивает энергию, поступающую от системы рекуперации энергии торможения.

Сейчас почти 60% этой энергии возвращается в рабочий цикл. Аккумулятор обеспечивает питание электронных систем автомобиля, аудио- и климатической систем, но при необходимости хранящаяся в аккумуляторе энергия может быть использована для питания двигателя в условиях пиковых нагрузок. Его зарядка осуществляется с помощью системы регенеративного торможения: при замедлении автомобиля до 57% кинетической энергии возвращается в аккумулятор.

Уменьшение размеров силовой установки FCX Clarity, ее высокая удельная мощность вкупе с хорошей аэродинамикой кузова привели к снижению энергопотерь в виде образования избыточной тепловой энергии. Инженеры Honda решили объединить радиатор пакета топливных ячеек, радиатор системы охлаждения двигателя и радиатор климатической системы в единый узел с единственным вентилятором. Испытания показали эффективность такого решения. В итоге под капотом автомобиля было отвоевано целых 40% полезного объема.

Сам себе заправка

Один из главных аспектов использования водородных автомобилей — снижение вредных выбросов в атмосферу. Водородный автомобиль намного эффективнее бензинового и электрического аналогов. Топливная ячейка обладает КПД примерно 80%, но полученную энергию нужно еще превратить в кинетическую энергию вращения колес автомобиля. Электрический мотор и трансмиссия имеют такой же КПД — 80%. Таким образом, водородный автомобиль обладает теоретическим КПД 64%. Honda заявляет, что эффективность модели FCX Clarity равна 60%. Для сравнения, бензиновый автомобиль превращает в механическую работу всего 20−30% энергии, содержащейся в топливе. Электромобиль способен использовать чуть более 70% энергии аккумулятора.

Основное препятствие на пути массового применения водорода в качестве топлива для автомобилей — инфраструктура. Ситуация напоминает классическую дилемму: что было раньше — курица или яйцо? Продавать сверхдорогие водородные автомобили даже на приемлемых условиях лизинга, не имея развитой сети заправок, невозможно. Строить сеть заправок без водородного автопарка — рискованно. А вдруг сотни миллионов так никогда и не окупятся? С чего же начинать?

Компания Honda предлагает своим клиентам экспериментальную домашнюю электростанцию Home Energy Station, превращающую природный газ в тепло, электричество и водород для заправки автомобиля. С 2003 года одна такая экспериментальная установка функционирует в калифорнийском городке Торранс. В настоящее время создано уже четвертое поколение Home Energy Station, значительно более компактное и удобное, чем первые три. Домашняя электростанция полностью обеспечивает крупный индивидуальный дом электроэнергией и теплом, а при необходимости генерирует из природного газа водород для заправки автомобиля. Японцы намерены усиленно продвигать Home Energy Station на рынке, создавая первые точки роста для превращения водородных автомобилей из фантастики в реальность. И все же, если принять во внимание сложности, связанные с промышленным производством водорода, можно с уверенностью сказать: путь водородного автомобиля в массы будет нелегким.

www.popmech.ru

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о